电力电子总复习

电力电子总复习2013.4

一、电力电子器件

1. 按可控性分：

不可控-----功率二极管，用于工频整流的功率二极管也称为整流管，整流二极管属不控型器件，功率二极管在电力电子电路中的用途有整流．续流．能量反馈．隔离。

半控型-----晶闸管（SCR）．双向晶闸管电力电子器件。

全控型-----达林顿管、电力晶体管（GTR）．可关断晶闸管（GTO）．电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘柵双极型晶体管IGBT。其中达林顿管、电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）属

电流驱动型，电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘柵双极型晶体管IGBT属电压驱动型。

2. 晶闸管（SCR）

（1）当晶闸管同时满足阳极和阴极之间加上正向电压．控制极加正向电压时，处于导通状态。其他状态时晶闸管处于关断状态。

（2）当已导通的普通晶闸管满足阳极和阴极之间电流近似为零或小于维持电流、阳极和阴极之间加上反向电压．阳极和阴极之间电压为零时，晶闸管将被关断。

（3）在晶闸管的电流上升到其擎住电流后，去掉门极触发信号，晶闸管仍能维持导通。

（4）维持电流和擎住电流都表示使晶闸管维持导通的最小阳极电流，但它们应用的场合不同，分别用于判别晶闸管是否会被关断．是否能被触发导通。

（5）当晶闸管分别满足导通条件．关断条件时，可处于导通或阻断两种状态，可作为开关使用。

（6）晶闸管的额定电压是在正向重复峰值电压．反向重复峰值电压中取较小的一个。

若晶闸管正向重复峰值电压为500 V，反向重复峰值电压为700 V，则该晶闸管的额定电压是500V。

（7）若流过晶闸管的电流波形分别为全波、半波、导通角为1200或900的方波时，则其对应的电流波形系数分别为1.11．1.57．1.73．1.41。

（8）.将万用表置于R×l kΩ或R×10 kΩ挡，测量晶闸管阳极和阴极之间的正反向阻值时，原则上其值越大越好。

二、三相可控整流电路

（一）、三相半波可控整流电路

1. 电阻负载时，控制角α的移相范围为00～1500。

（1）在α<300其输出直流电压的波形是连续的、在每个周期中有相同形状的3个波头、导通角120°30°＜α≤150°波形断续不会出现瞬时负电压；

导通角θ = 150°- α，在控制角为300、600及900时，导通角分别为1200．900．600。

（2）晶闸管承受的最大正向电压是1.414 U2，最大反向电压是2.45U2

（3）若触发脉冲(单窄脉冲)加于自然换相点之前，则输出电压波出现缺相现象。

2. 电感负载时，控制角α的移相范围为00～900，其输出波形是连续的。

α＞30°会出现負电压，每只晶闸管的导通角为120°，最大正反向峰值电压2.45U2 (6U2)。

(1) 电感负载两端可接也可不接续流二极管，接续流二极管、提高输出电压平均值。无续流二极管时输出

U d = 1.17U2cosα，

(2) 若变压器次级相电压为100V，当α＝60°时的输出电压为58.5V，相电压为200 V，输出电压为117V。

(3) 变压器二次相电压有效值为100 V，负载中流过的最大电流有效值为157 A，考虑2倍安全裕量，晶闸管

应选择KP200—5 (500V200A)。若次级相电压有效值为200V，晶闸管应选择KP200-10(1000V200A)。

(4) 三相半波可控整流电路的输出电压与变压器二次相电压．负载性质．控制角大小．是否接续流二极管等

因素有关；晶闸管可能承受的最大反向电压与变压器一次电压幅值．变压器变比等因素有关。

3.共阳极接法的三相半波可控整流电路，其自然换相点的位置和共阴极接法时相差180°，即共阳极接法在

ωt = 300，共阴极接法在ωt = 2100处。

(二)、三相桥式全控整流电路

1．三相桥式全控整流电路可看做是共阴极接法的三相半波可控整流电路．共阳极接法的三相半波可控整流电路，2组三相半波电路是同时串联工作的。

2．三相桥式全控整流电路晶闸管的导通规律为每隔600换相一次，每个管子导通1200．同一相中两个管子的

触发脉冲相隔1800．同一组中相邻两个管子的触发脉冲相隔1200。

3．三相全控桥式整流电路带电阻性负载，控制角α≤600时，其输出直流电压平均值U d =2.34U 2cos α， 控制角α>600时，其输出直流电压平均值U d =2.34U 2〔1+cos(600+α)〕，其移相范围是00～1200； 带大电感负载，U d =2.34U 2cos α，其移相范围是00～900。

4．三相全控桥式整流电路带大电感负载，已知U 2 = 200 V ，R d =5 Ω，则流过负载的最大电流平均值为93.6A ，

若R d =10Ω，则流过负载的最大电流平均值为 46.8A 。

5．三相全控桥式整流电路带大电感负载(无续流二极管)，当负载上的电流平均值为I d 时，流过每个晶闸管的

电流有效值及平均值为I T =31I d = 0.577I d ．I dT = 3

1I d = 0.333I d 。 6．三相桥式全控整流电路晶闸管应采用单宽脉冲．双窄脉冲触发。不能采用单窄脉冲方式

(三)、三相半控桥式整流电路

1. 三相桥式半控整流电路，带电阻性负载，一般都由三个二极管和三个晶闸管组成。带大电感负载由三个晶闸管．四个二极管组成。共阴极组晶闸管的触发脉冲之间的相位差为1200 ，所以U g3与U g5之间及U g1与U g5之间的相位差分别为1200．2400。

2．移相范围是00～1800。U d =1.17U 2(1+cos α)，其输出电压最大值及最小值时，对应的控制角是00．1800。

3．当控制角α= 00时，输出平均电压为234 V ，则 变压器二次电压有效值U 2为100 V 。α为600时，输出平均电压分别为175.5 V 。

4．电阻负载，每个晶闸管流过的平均电流是负载电流的1／3。带电感负载，每个晶闸管流过的平均电流是

负载电流的1／3或不到1／3。

5．带电感负载的三相桥式半控整流电路(接有续流二极管)，当控制角α分别为300和900时，每个晶闸管流

过的平均电流分别是负载电流的1／3．1／4。

(四)、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

1. 带平衡电抗器的三相双反星形可控整流电路中，平衡电抗器的作用是使两组三相半波可控整流电路以1800相位差相并联同时工作．降低晶闸管电流的波形系数使得可选用额定电流较小的晶闸管。6个晶闸管按其序号依次滞后600被触发导通．每个晶闸管导通120°，任何时刻都有2个晶闸管同时导通。

2．带平衡电抗器的三相双反星形可控整流电路中，每个晶闸管流过的电流平均值及有效值分别是负载电流平均值的0.167（1／6）．0.289。

3．在带平衡电抗器的双反星形可控整流电路中不存在直流磁化问题。输出电压与三相半波可控整流电路相比，脉动减小．每周期中波头数增加．平均值不变。

(五)、換相压降、外特性和晶闸管保护

1．变压器存在漏抗是整流电路中换相压降产生的原因，输出电压波形中出现缺口．平均值降低。

2．整流电路在换流过程中，两个相邻相的晶闸管同时导通的时间用电角度表示称为换相重叠角

3．相控整流电路对直流负载来说是一个带内阻的．可变(可调节的)．直流电源。

4．晶闸管可控整流电路承受的过电压为关断(換相)过电压、交流侧过电压(操作过电压．浪涌过电压)与直流侧过电压等几种。

(1) 晶闸管装置常采用的过电压保护有压敏电阻．硒堆．阻容吸收。

(2) 晶闸管装置常用的过电流保护措施有直流快速开关．快速熔断器．电流检测和脉冲移相限流．过电流继

电器。

(3) 可控整流电路中用快速熔断器对晶闸管进行保护，若快速熔断器的额定电流为I RD ，晶闸管的额定电流为I T(A V)，流过晶闸管电流的有效值为I T ，则应按I T < I RD <1.57 I T(A V)的关系来选择快速熔断器，快速熔断器可安装在直流侧．交流侧．桥臂上与晶闸管串联。

5. 电压和电流上升率限止

(1) 造成晶闸管误导通的主要原因有干扰信号加于控制极，加到晶闸管阳极上的电压上升率过大。

(2) 通过晶闸管的通态电流上升率过大，可能会造成晶闸管因局部过热而损坏，

三、晶闸管触发电路

1．为保证晶闸管装置能正常可靠地工作，触发电路应满足触发信号应具有足够的功率．触发脉冲应有一定的宽度．触发脉冲前沿应陡峭．触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步．触发脉冲应满足一定的移相范围要